Новиков Д.К. (и др.). Медицинская микробиология

Подождите немного. Документ загружается.

141

только с помощью аэрогенного механизма передачи (респираторная

группа инфекций).

Из входных ворот возбудитель распространяется различными пу-

тями. В одних случаях он попадает в лимфатические сосуды и током

лимфы разносится по органам и тканям (лимфогенный путь распро-

странения). В других случаях возбудитель распространяется с током

крови (гематогенный путь распространения). От места входных ворот

зависит клиническая картина заболевания. Например, если чумный

микроб проникает через кожу, развивается бубонная или кожно-

бубонная форма, через дыхательные пути – легочная.

Многие возбудители инфекционных заболеваний размножаются

внутриклеточно и способны распространяться в межклеточном про-

странстве различных органов , в связи с чем очень важными компо-

нентами вирулентности являются пенетрация и инвазия, которые, как

правило, связаны со способностью микроорганизмов продуцировать

ферменты, вызывающие повреждение мембран живых клеток и воло-

кон тканей: гиалуронидазу, нейраминидазу, протеиназы и др.

Инвазия в ткани для многих бактерий – ведущий механизм виру-

лентности. Некоторые виды сальмонелл проникают в стенку кишеч-

ника через контакты эпителиальных клеток.

Агрессия – собирательный фактор вирулентности, определяется

способностью микроорганизмов подавлять неспецифическую и им-

мунную защиту организма с помощью специальных веществ различ-

ной природы, встроенных в поверхностные структуры стенки (белок

А стафилококка, белок М гемолитического стрептококка, липополи-

сахариды грамотрицательных бактерий, корд-фактор возбудителя ту-

беркулеза, Н-, О- и Vi-антигены энтеробактерий и др.), а также специ-

альных ферментов или токсических метаболитов, которые разрушают

и инактивируют иммуноглобулины, комплемент, лизоцим, интерфе-

роны и другие гуморальные и клеточные компоненты иммунитета.

Уклонение от переваривания фагоцитами – распространенный

механизм. Одни бактерии, подобно шигеллам в клетках, «скрывают-

ся» от макрофагов в клетках, которые их не переваривают. Другие

«обходят» механизмы переваривания в самих макрофагах. Так,

Legionella pneumophila проникает в альвеолярные макрофаги и инду-

цирует пневмонии. Прилипание их к макрофагам вызывает появление

длинных псевдоподий, которые образуют вокруг легионеллы кольца,

формирующие затем пузырьки (кольцевой или спиральный фагоци-

тоз). Фаголизосомы ингибируются и бактерии размножаются в пу-

зырьках. Микобактерии туберкулеза и бруцеллы живут в цитоплазме

вне фагосом, а другие бактерии могут быть резистентны к ферментам

фаголизосом. Существуют и иные антифагоцитарные механизмы, в

частности, связывание белков хозяина. Стафилококк имеет белок А,

142

который взаимодействует с Fc-фрагментом IgG. Фагоцит может не

распознавать такой стафилококк, покрытый IgG.

8.6. Изменение патогенности и вирулентности

Патогенность и вирулентность микробов не постоянна и может

изменяться спонтанно или целенаправленно.

Механизмы снижения или утраты вирулентности:

Мутации генов при воздействии мутагенов различной приро-

ды.

Утрата плазмид с генами токсинов.

Способы понижения вирулентности:

Длительное культивирование на голодных средах (например,

получение вакцины БЦЖ).

Культивирование в маловосприимчивом организме.

Культивирование в восприимчивом организме (антирабиче-

ская вакцина).

Генно-инженерные манипуляции.

Механизмы индукции или увеличения патогенности и вирулент-

ности:

Спонтанный или индуцированный мутагенез.

Действие умеренных лизогенизирующих фагов (например, у

коринебактерий дифтерии).

Приобретение плазмид (энтеробактерии и др.)

R-S-диссоциация.

Способы повышения вирулентности:

Пассажи через восприимчивый организм.

Генно-инженерные манипуляции.

8.7. Экзотоксины, эндотоксины

Токсическое действие микробов обусловлено синтезом ими экзо-

и эндотоксинов. Экзотоксины продуцируются в основном грампо-

ложительными микробами (возбудителями дифтерии, столбняка, бо-

тулизма, газовой гангрены и др.) Они выделяются микробами во

внешнюю среду. По химической природе они обычно являются тер-

молабильными белковыми веществами, обладающими ферментатив-

ными свойствами и избирательно поражающими отдельные органы и

ткани. Высокотоксичны, 5 нг/кг ботулинического токсина – смер-

тельны для человека. Экзотоксины изменяют обмен веществ, вызы-

вают выраженные явления интоксикации, сопровождающиеся нару-

шением деятельности физиологических систем: нервной, эндокрин-

ной, дыхательной, сердечно-сосудистой. Они органотропны, напри-

143

мер, экзотоксин возбудителя столбняка избирательно блокирует хо-

линергические структуры двигательных центров спинного и продол-

говатого мозга, а холероген и некоторые энтеротоксины взаимодей-

ствуют с G-белками энтероцитов, что приводит к увеличению выхода

жидкости в просвет кишечника и диарее.

По механизму действия токсины делятся на несколько типов.

Часть из экзотоксинов прямо повреждает мембраны клеток-

мишеней (порообразующие токсины). Типичным примером такого

токсина является -токсин золотистого стафилококка (гемолизин). Он

представляет собой грибовидной формы гептамер (7 мономеров-

субъединиц) с молекулярной массой 33 кДа, состоящий из трех доме-

нов. Его литическое действие на мембраны клеток-мишеней (моноци-

тов, лимфоцитов, эритроцитов, эндотелиоцитов) протекает в 3 стадии.

На первой стадии мономеры токсина связываются с фосфатидилхо-

лином или холестерином, которые входят в состав клеточных мем-

бран. На второй стадии происходит полимеризация токсина. На за-

ключительной стадии образовавшийся гептамер претерпевает кон-

формационные изменения. Образуется «ножка гриба», которая про-

ходит сквозь клеточную мембрану. В результате в мембране возника-

ет пора, через которую проходят ионы, небольшие молекулы и вода,

что приводит к разрушению ядра в ядросодержащих клетках и осмо-

тическому лизису эритроцитов.

Другие экзотоксины нарушают синтез белков. Они блокируют

факторы элонгации или связываются с РНК рибосом. В частности,

дифтерийный экзотоксин, а также экзотоксин синегнойной палочки

вызывают АДФ-рибозилирование фактора элонгации II. Энтеробакте-

рии (шигеллы, кишечные палочки) вырабатывают веротоксины, свя-

зывающие рибосомальную РНК, что приводит к расстройству белко-

вого синтеза.

Следующая группа токсинов вмешивается в работу медиаторов и

мессенджеров, передающих внутриклеточные сигналы. Примером

действия данных токсинов является холероген – экзотоксин холерно-

го вибриона. Подобные токсины состоят из субъединиц двух типов.

Субъединица А ответственна за токсичность. У холерогена она пред-

ставляет собой фермент АДФ-рибозилазу. В результате ее действия

происходит АДФ-рибозилирование G-белков энтероцитов с последу-

ющей активацией аденилатциклазы. В результате нарастает концен-

трация внутриклеточного цАМФ, что приводит к диарее. В свою оче-

редь, субъединица В обеспечивает прикрепление токсина к клеточным

рецепторам и транспорт его в клетку. Сходным образом через актива-

цию гуанилатциклазы действуют термостабильные экзотоксины энте-

ротоксигенной кишечной палочки.

144

Еще одна группа токсинов выступает в роли ферментов агрессии

и инвазии. Многие бактериальные экзотоксины, такие, как гиалурони-

даза, коллагеназа, -гемолизин золотистого стафилококка (сфингоми-

елиназа) и др., повреждают экстрацеллюлярные структуры или мем-

браны клеток путем ферментативного гидролиза, что обеспечивает

быстрое проникновение и распространение возбудителя.

Часть токсинов-ферментов способна вмешиваться в метаболиче-

ские процессы, протекающие в тканях. Наиболее сильные из извест-

ных биологических ядов, нейротоксины возбудителя ботулизма (бо-

тулотоксин) и столбняка (тетаноспазмин), представляют по меха-

низму действия Zn-зависимые металлопротеазы. Непосредственными

мишенями-субстратами для их действия является группа белков, ло-

кализованных в пресинаптических мембранах и синаптических пу-

зырьках нервных окончаний. Ботулотоксин связывается с пресинап-

тической мембраной мотонейронов периферической нервной системы

и вызывает протеолиз белков синаптобревина, синтаксина, везикуло-

ассоциированного протеина и др. Это приводит к блокаде высвобож-

дения ацетилхолина из пресинаптической мембраны и нарушению

нервно-мышечной передачи.

Тетаноспазмин повреждает два вида нейронов. Он первоначаль-

но связывается с рецепторами пресинаптической мембраны мото-

нейронов, но далее путем обратного везикулярного транспорта пере-

мещается в спинной мозг, где проникает в тормозные и вставочные

нейроны. Мишенями для этого токсина с протеазной активностью яв-

ляются те же белки (синаптобревин, везикулоассоциированный про-

теин). Их протеолиз приводит к высвобождению нейромедиаторов

(глицина и гамма-аминомасляной кислоты), что в свою очередь, при-

водит к клоническим и тоническим мышечным судорогам. Протеоли-

тической активностью обладает также экзотоксин возбудителя сибир-

ской язвы (летальный фактор). Он повреждает ферменты внутрикле-

точного метаболизма, обладающие киназной активностью.

Наконец, некоторые экзотоксины (энтеротоксины, эксфолиати-

ны, токсин синдрома токсического шока золотистого стафилококка,

пирогенные токсины гноеродного стрептококка и др.) являются су-

перантигенами и вызывают поликлональную активацию лимфоцитов

с выделением цитокинов. Они обладают выраженным пирогенным

действием. Механизм действия данных токсинов заключается в свя-

зывании их молекул с вариабельным участком Т-клеточного рецепто-

ра к антигену с последующей активацией Т-лимфоцитов. При обыч-

ном иммунном ответе антиген прочно связывается лишь с теми Т-

лимфоцитами, рецептор которых высокоспецифичен к данному анти-

гену. Вследствие этого в пролиферацию и дифференцировку вступает

всего около 0,01-0,1% от общего числа Т-лимфоцитов. Суперантиге-

145

ны же связываются с целой популяцией Т-клеток, у которых имеется

2-субъединица в вариабельном участке Т-клеточного рецептора. В

результате в пролиферацию вступает до 20-30% от общего числа Т-

лимфоцитов, что приводит к массивному выделению провоспали-

тельных цитокинов клетками иммунной системы (ИЛ-1, ИЛ-2, факто-

ра некроза опухолей, -интерферона). Клинически это проявляется

токсическим шоком с лихорадкой, падением давления и диффузной

эритематозной сыпью.

Описано около ста бактериальных токсинов, которые отличаются

друг от друга по молекулярной массе, химической структуре, рецеп-

торам к различным клеткам макроорганизма, биологической активно-

сти и др. Некоторые из них приведены в табл. 8.

Таблица 8.

Основные токсины и механизмы их действия

Микроорга-

низм

Токсин

Механизм

действия

Мишень

Заболевание

или синдром

Мембраноатакующие

Aeromonas

hydrophila

Аэролизин

Образование

пор

Гликофорин

Диарея

Clostridium

perfringens

О-перфринголизин

«-«

Холестерин

Газовая гангрена

Escherichia

coli

Гемолизин

«-«

Плазматическая

мембрана

Инфекции моче-

выводящих путей

Listeria mon-

ocytogenes

О-листериолизин

«-«

Холестерин

Пищевые си-

стемные инфек-

ции, менингит

Staphylococcu

s aureus

альфа-токсин

«-«

Плазматическая

мембрана

Абсцессы

Streptococcus

pneumoniae

Пневмолизин

«-«

Холестерин

Пневмония

Sreptococcus

pyogenes

О-стрептолизин

«-«

Тонзилло-

фарингит. Скар-

латина

Ингибиторы белкового синтеза

Corynebacteri

um difhtheriae

Дифтерийный ток-

син

АДФ-

рибозил-

трансфераза

Фактор элонга-

ции 2

Дифтерия

146

E. coli,

Shigella dys-

enteriae

Токсин Шига

N-

гликозидаза

28S pРНК

Геморрагический

ко-

лит,гемолитико-

уремический

синдром

Pseudomonas

aeruginosa

Экзотоксин А

АДФ-

рибозил-

трансфераза

Фактор элонга-

ции 2

Пневмония

Активаторы вторичных мессенджеров

E. coli

Цитотоксический

некротизирующий

фактор

Деамидаза

G-белки-

регуляторы ци-

тоскелета

Инфекции моче-

выводящих путей

E. coli

Термолабильный

токсин

АДФ-

рибозил-

трансфераза

G-белки

Диарея

E. coli

Термостабильный

токсин

Стимулирует

гуанилат-

циклазу

Рецептор гуа-

нилатциклазы

Диарея

Bacillus

anthracis

Отечный фактор

Аденилат-

циклаза

АТФ

Сибирская язва

Bordetella

pertussis

Дермонекротиче-

ский токсин

Коклюшный ток-

син

Деамидаза

АДФ-

рибозил-

трансфераза

G-белки (регуля-

торы цитоскеле-

та)

G-белки

Ринит

Коклюш

Clostridium

botulinum

Токсин С2

Токсин С3

АДФ-

рибозил-

трансфераза

«-«

G-актин

G-белки

(регуляторы ци-

тоскелета)

Ботулизм

Clostridium

difficile

Токсин А

Токсин В

Гликозил-

трансфераза

G-белки

(регуляторы ци-

тоскелета)

Диарея/псев-

домембранозный

колит

Vibrio

cholerae

Холерный токсин

АДФ-

рибозил-

трансфераза

G-белки

Холера

Суперантигены

S. aureus

Энтеротоксины

Суперантиген

Рецептор Т-

клеток и HLA II

класса

Пищевые инток-

сикации

147

S. aureus

Эксфолиатины

«-«

Синдром «ошпа-

ренной кожи»

S. aureus

Токсин синдрома

токсического шока

«-«

Синдром токси-

ческого шока

S. pyogenes

Пирогенные экзо-

токсины

«-«

Скарлатина/ син-

дром токсическо-

го шока

Протеазы

B. anthracis

Летальный фактор

Металло-

протеаза

Митоген-

активируемая

киназа протеин-

киназ (MAPKK)

Сибирская язва

C. botulinum

Нейротоксины

A-G

Zn-металло-

протеаза

Везикуло-

ассоциирован-

ный мембран-

ный белок, си-

наптобревин,

синтаксин

Ботулизм

C. tetani

Столбнячный ток-

син

Zn-металло-

протеаза

Везикуло-

ассоциирован-

ный мембран-

ный белок, си-

наптобревин

Столбняк

Эндотоксины тесно связаны с микробной клеткой и освобож-

даются только при ее гибели или при разрушении. Они содержатся

преимущественно в грамотрицательных микробах. По химической

природе относятся к липополисахаридам (ЛПС), обладают выражен-

ными антигенными свойствами (О-антиген). Эндотоксины, в отличие

от белковых экзотоксинов, более устойчивы к повышенной темпера-

туре. При попадании в организм они вызывают сходные патологиче-

ские процессы, независимо от того, из каких грамотрицательных бак-

терий они происходят.

После освобождения из бактериальной клетки эндотоксин связы-

вается с липополисахаридсвязывающим белком LBP

(lipopolysaccharide-binding protein). Этот комплекс взаимодействует с

рецептором СD14 на поверхности макрофага, что и вызывает выброс

медиаторов (рис. 13).

Эндотоксины стимулируют образование макрофагами трех групп

мощных медиаторов – белков, липидов и свободных кислородных ра-

дикалов. Действуя совместно, они могут приводить к различным эф-

148

фектам. Фактор некроза опухоли также усиливает синтез медиаторов,

а простагландин Е

подавляет.

При выделении небольшого количества эндотоксина, произво-

димые макрофагами биологически активные вещества способствуют

уничтожению инфекции, инициируя локальный регулируемый им-

мунный ответ. Типичные эффекты, которые при этом наблюдаются

(повышение температуры тела, мобилизация специфического и не-

специфического иммунитета в ответ на микроорганизмы) обеспечи-

вают в норме выздоровление. При тяжелой инфекции, вызванной

грамотрицательными микроорганизмами, с освобождением огромно-

го количества эндотоксина происходит системное избыточное выде-

ление медиаторов и, например, за счет вазодилятации сосудов под

действием окиси азота и резкого падения артериального давления

наблюдается опасный для жизни бактериальный эндотоксический

шок. Эндотоксины, в отличие от экзотоксинов, не вызывают сильного

специфического иммунного ответа и синтеза нейтрализующих анти-

тел. Эндотоксический шок значительно усугубляется при одновре-

менном воздействии на организм эндотоксина и экзотоксинов-

суперантигенов.

Иммунодепрессивное действие экзо-, эндотоксинов, других фак-

торов патогенности -- важный фактор преодоления защитных барье-

ров. Многие вещества микробов подавляют активность фагоцитов,

метаболизм нейтрофилов, угнетают активность Т-хелперов и, наобо-

рот, активируют супрессивные механизмы иммунного ответа. К фак-

торам вирулентности относится также «антигенная мимикрия» –

наличие у возбудителей общих антигенов с антигенами человека.

Белки теплового шока hsp 60 и 70 кДа имеются у микобактерий ту-

беркулеза, сальмонелл и в клетках человека, что приводит к уклоне-

нию бактерий от иммунологического ответа хозяина. С одной сторо-

ны, макроорганизм толерантен, не отвечает на антигены микроба,

сходные по строению с его собственными, с другой стороны, в случае

возникновения такого ответа развивается аутоиммунная реакция на

свои макромолекулы.

Тяжелое течение инфекционного процесса или фатальный для

хозяина исход может наблюдаться при снижении уровня неспецифи-

ческой защиты и иммунологической реактивности хозяина, большой

дозе и высокой вирулентности возбудителя, а также при неестествен-

ных путях его проникновения. Хронизация инфекционного процесса,

как правило, определяется несостоятельностью иммунологического

ответа к возбудителю.

149

РАЗДЕЛ II. ЧАСТНАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ

A. ЧАСТНАЯ БАКТЕРИОЛОГИЯ

IX. ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ КОККИ

9.1 Семейство Staphylococcaceae

Среди грамположительных кокков имеется два семейства, вклю-

чающие представителей, патогенных для человека: Staphylococcaceae,

Streptococcaceae.

В эти семейства входят патогенные, условно-патогенные и са-

профитические кокки, объединенные общими морфологическими, ге-

нетическими и биологическими свойствами. Кроме того, их объеди-

няет способность вызывать гнойно-воспалительные процессы.

Семейство Staphylococcaceae включает роды Staphylococcus, Ge-

mella.

Основными признаками дифференцировки их представителей

является наличие или отсутствие цитохромов и каталазная актив-

ность.

Общие свойства этого семейства: по морфологии представляют

собой кокки, делящиеся более, чем в одной плоскости, грамположи-

тельны, имеют положительный каталазный тест.

9.1.1. Род Staphylococcus

Род Staphylococcus состоит из 27 видов, из них 3 основных:

S. aureus, S. еpidermidis, S. saprophyticus.

Впервые стафилококки обнаружены Р. Кохом в 1878 г., выделе-

ны Л. Пастером из гноя в 1880 г. и изучены Ф. Розенбахом в 1884 г.

Морфология и свойства. Стафилококки имеют шаровидную

форму, располагаются в виде гроздей винограда. В мазке из патоло-

гического материала они находятся на разных стадиях деления: оди-

ночные, парные, цепочки, но чаще в виде гроздей; неподвижны, спор

не образуют. Некоторые имеют капсулу, изменяются под действием

антибиотиков и превращаются из типичных S-форм в L-формы, G-

формы – карликовые, в фильтрующиеся формы. Факультативные

анаэробы, хемоорганотрофы с окислительным и бродильным типом

метаболизма, каталазоположительны, содержат цитохромы, чувстви-

тельны к лизостафину.

Температурный диапазон роста от 4°С до 43°С, pH 7,2-7,4; Г+Ц –

30-39 моль%. Неприхотливы к питательным средам. Колонии S.aureus

круглые, гладкие, имеют пигмент золотистого цвета; S. epidermidis

образует более мелкие белые колонии; S. saprophyticus – крупные,

150

эмалевые, белого, реже лимонно-желтого цвета. Признак пигменто-

образования лучше проявляется на МЖСА (молочно-желточно-

солевом агаре) или ЖСА – элективных и дифференциально-

диагностических средах. Повышенная концентрация NaCl подавляет

рост других микробов; в среде с яичным желтком выявляется фермент

лецитиназа – вокруг колоний появляются радужные венчики помут-

нения. Добавление молока стимулирует образование пигмента. На

кровяном агаре выявляют гемолитическую активность стафилококка.

Стафилококки хорошо растут на средах с добавлением 40% жел-

чи. В МПБ дают диффузное помутнение всей питательной среды. При

посеве в столбик желатина разжижают его в виде воронки, свертыва-

ют молоко, белок расщепляют до H

S, восстанавливают нитраты в

нитриты, индола не образуют. Биохимически активны, расщепляют

многие углеводы до кислоты. Дифференциально-диагностическое

значение имеет тест на сбраживание глюкозы в анаэробных условиях.

Из ферментов, участвующих в патогенезе стафилококковых инфек-

ций, только плазмокоагулаза и частично ДНКаза характерны для

S.aureus. Стафилококки синтезируют бактериоцины.

Антигены. Антигенными свойствами обладают вещества клеточ-

ной стенки: пептидогликан, тейхоевые кислоты, белок А, типоспеци-

фические агглютиногены, капсула.

Пептидогликан имеет общие антигены с пептидогликанами

стрептококков. Видоспецифическими антигенами являются тейхое-

вые кислоты: для S. aureus – рибитолтейхоевые, для S. epidermidis –

глицеринтейхоевые, S. saprophyticus имеет оба типа кислот.

Факторы патогенности. Факторами патогенности стафилококка

служат: токсические субстанции, микрокапсула, компоненты клеточ-

ной стенки, мембраноповреждающие токсины. Наибольшее значение

имеют эксфолиатины А и В (суперантигены). Эксфолиатины А и В

вызывают синдром «ошпаренной кожи»: образуются большие очаги

эритемы на коже и пузыри. Эксфолиатины различаются по антиген-

ным свойствам и отношению к температуре: А – термостабилен, кон-

тролируется хромосомным геном, В – термолабилен, зависит от плаз-

мидного гена.

Эндотоксин синдрома токсического шока (TSST-суперантиген)

вызывает синдром токсического шока за счет резкой стимуляции вы-

деления ФНО- и интерлейкина I. Синдром встречается у женщин,

использующих сорбирующие тампоны в период менструации, в кото-

рых могут размножаться стафилококки. Клинически проявляется

температурой тела выше 38,8

С, рвотой, диареей, скарлатиноподоб-

ной сыпью, снижением артериального давления. Лейкоцидин оказы-

вает цитотоксическое действие на полиморфноядерные нейтрофилы,